L’alliance du supercondensateur et de l’accumulateur

Combiner la puissance des supercondensateurs avec l’énergie des batteries ? Deux équipes de l’Inac ont développé un « pseudo-supercondensateur » qui pourrait relever ce défi.

Cet hybride cumule l’excellent comportement vis-à-vis des cycles de charge/décharge d’un supercondensateur à nanofils de silicium tandis que sa capacité électrique est accrue de deux ordres de grandeur grâce au dépôt d’un polymère conducteur d’électrons sur les nanofils.

Contrairement aux batteries qui fournissent de l’énergie électrique pendant plusieurs heures, les supercondensateurs délivrent de fortes puissances en quelques secondes. Concilier énergie et puissance dans un volume contraint apparaît comme un point clé pour la progression industrielle du véhicule électrique, de la téléphonie mobile ou de la micro-électronique. L’optimisation de l’autonomie, de la durée de charge et de la puissance disponible pour un moteur ou un flash plaide en faveur des pseudo-supercondensateurs qui marient stockages électrostatique et chimique de l’électricité.

Depuis 2010, deux équipes de l’Inac ont développé un micro-supercondensateur dont la surface des électrodes est démultipliée grâce à l’implantation de nanofils de silicium sur silicium. La capacité se trouve ainsi renforcée d’un facteur 30 et le dispositif supporte des millions de charges sans pertes importantes.

Une « composante batterie » a été ajoutée à ce dispositif grâce au dépôt en couche mince d’un polymère électroactif, développé de longue date à l’Inac, sur la nanostructure de silicium. Le procédé choisi, l’électropolymérisation, permet d’accéder à toute la surface active de l’électrode. Le processus de dépôt n’altère pas les nanofils qui restent reliés au substrat. Les courbes de charge/décharge conservent l’aspect quasi-idéal du dispositif à nanofils de silicium non fonctionnalisés, tandis que la capacité électrique gagne encore plus de deux ordres de grandeur.

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Le procédé de dépôt et les caractéristiques des nanofils (géométrie, dopage) sont en cours d’optimisation. Avec l’épaisseur de la couche de polymère, un compromis entre puissance et énergie doit être trouvé. Le rôle de la sous-couche de silice dans les processus à l’œuvre au cours de la charge reste par ailleurs à préciser. Enfin, la surface des électrodes pourra encore être augmentée en remplaçant les nanofils par des « nano-arbres » (hyperbranchés) et en déposant d’autres polymères comme des dérivés de la polyaniline.